Компания STMicroelectronics приступила
к производству STM8L –
первой серии 8-битных
микроконтроллеров, реализующих в себе последние разработки компании
для снижения энергопотребления как в активном режиме, так и в режиме
ожидания
Семейство STM8L содержит 26 устройств, разделенных на три линейки в
зависимости от производительности и функциональности (рисунок 1).
Рис. 1. Три линейки
микроконтроллеров семейства STM8L
Отличительные характеристики семейства STM8L:
- Ядро STM8, 16МГц;
- От 4 до 32Кбайт встроенной Flash, до 2 Кбайт SRAM;
- Напряжение питания от 1,8 до
3,6В (1,65В в режиме «power down»);
- Режимы ультранизкого
энергопотребления: 350нА при сохранении данных ОЗУ;
- Энергопотребление в активном
режиме 150мкА/МГц;
- Первоклассные цифровые и
аналоговые периферийные устройства;
- Диапазон рабочих температур:
от -40°С до 85°С или до 125°С.
С помощью новых микроконтроллеров можно существенно увеличить
длительность работы портативных устройств с батарейным питанием, а также
повысить производительность и функциональность. Основные области
применения нового семейства микроконтроллеров - это медицинские, носимые
биометрические, измерительные устройства, датчики систем безопасности,
счетчики.
ОСОБЕННОСТИ STM8L
Все три линейки STM8L производятся по особой технологии 130 нм,
специально разработанной для получения ультранизких токов утечки.
Уникальным свойством микроконтроллерного ядра является возможность его
работы с максимальной производительностью во всем диапазоне питающих
напряжений от 1,65 до 3,6 В. Встроенный регулятор напряжения дает
дополнительную гибкость выбора уровня напряжения питания.
8-битная архитектура микроконтроллеров STM8 обладает высокой
производительностью, которая достигается благодаря наличию 16-битных
индексных регистров, линейного адресного пространства 16 Мбайт. Само
ядро построено по Гарвардской архитектуре, причем шина памяти команд
имеет разрядность 32 бита, то есть большинство команд извлекаются за
один цикл. Кроме того, используется трехступенчатый конвейер. Всего
имеется 80 команд, большинство из которых выполняется за один цикл
тактового сигнала, что позволяет получить производительность 16 CISC
MIPS на тактовой частоте 16 МГц. При разработке архитектуры новых
микроконтроллеров особое внимание уделялось оптимизации, а точнее -
минимизации отношения мА/МГц, то есть энергопотребления в активном
режиме.
Известно, что для снижения энергопотребления устройства система должна
управляться прерываниями. Для этого в микроконтроллерах STM8L реализован
мощный контроллер прерываний. Разрешается вложенность прерываний,
поддерживаются три уровня приоритетов. Всего выделено 32 вектора
прерываний (в STM8L101 до 26), 11 из которых могут использоваться для 40
внешних событий (в STM8L101 - 10 векторов для 29 событий).
В линейках микроконтроллеров STM8L151 и STM8L152 присутствует контроллер
прямого доступа к памяти (DMA), с помощью которого организуется работа
периферийных устройств без участия ядра. Четыре канала DMA используются
такими периферийными устройствами, как АЦП1, ЦАП, I2C1, SPI1, USART1 и
четыре таймера. Эта возможность позволяет значительно сократить
энергопотребление, отключив Flash-память и ядро и оставив только
необходимые периферийные устройства в активном состоянии.
12-битный АЦП имеет 25 мультиплексированных каналов (включая один
«быстрый» канал), встроенный термодатчик и генератор опорного
напряжения. Время преобразования составляет 1 мкс при тактовой частоте
системы 16 МГц. Время и точность преобразования задаются программно. АЦП
может работать в режиме однократного и последовательного преобразования,
а также в режиме автоматического преобразования группы выбранных
каналов.
12-битный ЦАП содержит выходной буфер и может синхронизироваться с
помощью таймера TIM4. ЦАП поддерживает работу с DMA, запуск
преобразования может производиться по внешнему событию.
Встроенный ЖКИ-контроллер управляет внешними индикаторами по четырем
общим и нескольким (до 28) сегментным линиям (всего 112 пикселей).
Управление контрастом осуществляется через повышающий преобразователь.
Для снижения уровня электромагнитных помех применяется фазовая инверсия.
До четырех пикселей можно запрограммировать на режим мигания. Очень
важной особенностью ЖКИ-контроллера является то, что он может работать в
моменты времени, когда контроллер находится в энергосберегающих режимах.
В микроконтроллерах линейки STM8L15x доступны два компаратора с
ультранизким энергопотреблением (COMP1 и COMP2). Опорное напряжение
может быть внешним (через порт ввода/вывода) или внутренним (от
генератора опорного напряжения). Компаратор COMP1 имеет заданный порог.
Компаратор COMP2 может работать в быстром или медленном режиме, а порог
устанавливается с помощью выходного сигнала ЦАП, порта ввода/вывода,
генератора опорного напряжения (с коэффициентом 1/4, 1/2, 1/3 или без).
Два компаратора могут использоваться одновременно для получения оконных
функций. Они также могут выводить микроконтроллер из режима сниженного
энергопотребления.
Так как основные области применения микроконтроллеров STM8L предполагают
питание от батареи, возникает необходимость тщательно отслеживать
уровень напряжения питания. Для этого в каждый микроконтроллер встроены
схемы сброса по включению (POR) и выключению (PDR) питания, а также
сброса по снижению напряжения питания (BOR). Для BOR программно задается
один из пяти уровней порогов срабатывания в диапазоне от 1,8 до 3 В.
Встроенный детектор напряжения питания (PVD) сравнивает входные
напряжения питания с заданным порогом VPVD и генерирует прерывание при
его пересечении. В процедуре обработки такого прерывания обычно
выводится сообщение о событии и производится перевод микроконтроллера в
безопасное состояние.
Для микроконтроллеров, использующихся в портативных устройствах, очень
важно наличие часов реального времени (RTC). Обычно по RTC устройство
«ориентируется во времени» - когда выходить из «режима сна», производить
измерения, расчеты и снова «засыпать». В STM8L часы реального времени
являются независимым таймером, программируемым в двоично-десятичном
формате. Шесть байтов содержат информацию о секундах, минутах, часах,
дне недели, дне месяца, месяце, годе. Автоматически производится
коррекция, связанная с високосным годом. Периодические прерывания могут
генерироваться как каждую секунду, минуту и т.д., так и каждый год.
Энергопотребление RTC составляет 0,9 мкА (1 мкА при использовании
календаря).
Важным свойством микроконтроллера является гарантия работы аналоговых
периферийных устройств при понижении напряжения питания Vdd до 1,8 В,
что дает возможность использовать полную функциональность микросхемы во
всем диапазоне Vdd.
К другим методам снижения энергопотребления относятся использование
низкомощной встроенной энергонезависимой памяти и множества режимов
сниженного энергопотребления, в число которых входит активный режим (с
энергопотреблением 5,4 мкА), ждущий режим (3,3 мкА), активный режим
остановки с работающими часами реального времени (1 мкА) и режим
остановки (350 нА). Микроконтроллер может выходить из режима остановки
за 4 мкс, позволяя тем самым максимально часто использовать режим с
самым низким энергопотреблением. В целом новое семейство обеспечивает
динамическое потребление тока порядка 150 мкА/МГц.
Все микроконтроллеры внутри семейства программно, а многие - и аппаратно
совместимы, что позволяет легко оптимизировать разрабатываемое
устройство по производительности, функциональности и цене. Если же, по
какой-либо причине, производительности 8-битного ядра будет
недостаточно, можно легко перейти на 32-битные микроконтроллеры STM32,
так как периферийные устройства STM32 и STM8L идентичны.
